水轮发电机组调速器真机仿真试验分析

水轮机调速器是水轮发电机组的一个重要辅助设备,其状态的好坏直接关系到发电机的供电质量并影响水轮发电机组的安全稳定和经济运行[1]。现行水轮机调速器大都是微机型的,通过在线监测水轮机调速器各部性能参数来评价其状态性能具有一定的难度。所以,检验水轮机调速机的状态性能,多是通过一系列真机试验来实现的,像充水前的静特性试验和充水后的空载摆动、空载扰动、电源信号切换、甩负荷等动态特性试验。通过这些试验可以预知设备检修质量和状态,为水电厂的安全运行提供可靠的依据。试验设备为新式的SLWT-80全数字式可编程微机调速器。测量仪器主要有PSTA水机综合测试仪、PP17-4工频频率计、YS17工频变频电源、KYCM-LM1490-0300AP位移传感器等。为了全面的检验其静态及动态性能,对该调速器做了详细的性能试验,验证分析性能符合要求。1调速器主要技术参数(见表1)2静动态试验分析2.1调速器静特性试验(无水试验)(1)试验目的:检验调速器的转速死区和线性度误差。(2)试验条件:机组进水闸门关闭,压力钢管无水。调速器置于自动工况。开度限制L=100%,功率给定YG=0。(3)试验参数:bt=3%、bp=6%、Td=2s、Tn=0,开环增益置整定值。(4)试验结果频给fG(Hz)采用一元线性回归分析法求出其回归直线方程:开机方向回归直线方程:Y=51.89790.018702726X关机方向回归直线方程:Y=51.89760.018828144X该调节装置的转速死区为ix=0.0457%>0.04%(国标[2])静特性线性度误差ε=5.25%>5%(国标)。b)数字阀(表3):采用一元线性回归分析法求出其回归直线方程:开机方向回归直线方程:Y=51.9115-0.0189263639X关机方向回归直线方程:Y=51.9056-0.0189673066X该调节装置的转速死区为ix=0.02654%<0.04%(国标)静特性线性度误差ε=5.013%>5%(国标)。计算所得转速死区和线性度误差略大于国标规定,其原因可能有(1)人工读数误差。由于接力器位移读数要求精确到0.1mm级,肉眼很难读准确。(2).可能是有的点反馈信号不好,导致偏离回归方程较远。2.2调速器动特性试验(有水试验)(1)试验目的:寻找出调速器最佳运行参数。(2)试验条件:调速器处于自动运行工况,功率给定PG=0。(3)试验结果:记录各种工况下扰动过程曲线。扰动时bp=1%。从录制的波形图可以看出,转速超调量都较小,收敛快,调节时间较短,扰动过程较平稳。故建议选用上述参数作为空载运行的参数。即:bp=1%,bt=30%,Td=10s,Tn=0.2s。(1)试验目的:检验调速器在空载运行时的调节品质。(2)试验条件:将调速器分别处于自动及手动空载运行状态,待转速升到额定转速。(3)试验参数:bt=1%、bp=30%、Td=10s、Tn=0.2s。(4)试验结果(见表3):试验结果表明,其转速摆动相对值不超过±≤0.2%的规程要求。(1)试验目的检查调速器的各项保护措施,在调速器发生信号故障时能否安全运行。(2)试验条件:机组在系统中带一定负荷。分别在数字阀和比例阀运行时检查。(3)试验参数:bt=1%、bp=30%、Td=10s、Tn=0s。4)试验结果:模拟机频消失:功率及导叶开度未变。模拟网频消失:功率及导叶开度未变。模拟导叶反馈消失:功率及导叶开度未变。交流电源消失试验:功率及导叶开度未变。直流电源消失试验:功率及导叶开度未变。数字阀和比例阀切换:功率及导叶开度未变。调速机手自动切换:功率及导叶开度未变。交、直流电源同时消失试验:功率及导叶开度未变。2.2.4水轮机组甩25%负荷(1)试验目的:测定接力器不动时间,检验调速器的速动性能,验证所选定的调节参数是否为最佳[3]。(2)试验条件:机组带25%额定负荷稳定运行,手动跳开关甩负荷。(3)试验参数:bt=1%、bp=30%、Td=10s、Tn=0s。(4)试验结果1)数字阀:25%负荷甩了2次,从录制的波形图可以计算出接力器不动时间Tq分别为0.147秒、0.17秒,国标规定小于0.2秒。2)比例阀:从录制的波形图可以计算出接力器不动时间Tq为0.181秒,国标规定小于0.2秒。2.2.5水轮机组甩100%负荷1)试验目的:检验调速器的动态品质,检验调保计算参数是否满足要求[3]。2)试验条件:机组带100%额定负荷稳定运行,手动跳开关甩负荷。bp=1%,bt、Td、Tn置于开度调节运行(3)试验参数:bt=1%、bp=30%、Td=10s、Tn=0s。(4)试验结果1)数字阀:从录制的波形图可以计算出:(1)转速上升率其小于50%,符合调保计算参数要求[4]。nr为机组的额定转速。(2)涡壳水压上升率其小于30%,符号调保计算参数要求。P0为甩前涡壳进口压力。(4)波动次数n=0。(5)接力器关闭时间Ty=2.3秒。国标规定调节时间小于等于40秒,调节时间符合要求。b)比例阀:此种工况甩满负荷2次,经计算各项指标都合格。此给出排除机械故障后甩负荷的数据。从录制的波形图可以计算出:(1)转速上升率=其小于50%,符合调保计算参数要求。nr为机组的额定转速。(2)涡壳水压上升率=其小于30%,符号调保计算参数要求。P0为甩前涡壳进口压力。(3)调节时间TP=23.2秒(4)波动次数n=0(5)接力器关闭时间Ty=3.0秒。国标规定调节时间小于等于40秒,调节时间符合要求。3结语通过仿真试验可以检查调速器的设备质量,全面的检验其静态及动态性能,提高了水电站供电的安全可靠性。此次还做了其他一些试验,如甩50%、75%负荷、开停机、抗干扰、及模拟主变开关跳闸甩满负荷等试验,其各项指标均合格,此未做详细论述。此次仿真试验,除静特性中转速死区和线性误差稍大于国标规定